Regimes de Formação de Vórtices em um Cilindro Circular que Oscila Forçadamente com até Dois Graus de Liberdade.

Abstract

Estruturas submersas no escoamento de fluidos, por exemplo, correntes de vento ou correntes oceânicas, estão sujeitas às Forças Induzidas pelo Escoamento (F.I.E.) e às Vibrações Induzidas pelo Escoamento (V.I.E.). Tais vibrações podem ser de pequena ou de grande amplitude, assim como as preocupações sobre a segurança da estrutura sob efeito de tal fenômeno podem ser leve ou grave. Estas estruturas submersas vibram sob certa velocidade de um fluido, devido ao desprendimento de vórtices. O presente trabalho direciona os estudos em problemas relacionados à Vibração Induzida por Vórtices (V.I.V.) devido ao desprendimento de vórtices a partir de uma estrutura cilíndrica. Sob certas condições pode ocorrer o lock-in, fenômeno identificado quando a frequência de desprendimento de vórtices sincroniza-se com a frequência natural do corpo. Há poucos estudos na literatura caracterizando os modos de desprendimento e a esteira viscosa formada à jusante de um cilindro circular vibrando com dois graus de liberdade; este fato caracteriza o objetivo deste estudo. Na presente metodologia, uma versão puramente Lagrangeana do Método de Vórtices Discretos (M.V.D.) é utilizada para simular numericamente o escoamento de um fluido viscoso em torno de um cilindro circular isolado e oscilando forçadamente com até dois graus de liberdade. Um valor elevado para o número de Reynolds Re= 10⁵ , baseado na velocidade do escoamento incidente e no diâmetro do cilindro, é assumido para todas as simulações realizadas. O comportamento do sistema dinâmico acoplado pela interação fluido-estrutura é analisado para investigar o fenômeno de atrelagem síncrona, bem como modos de sincronização e de competição na formação de vórtices para um cilindro oscilando nessas condições.